(57)【要約】コヒーレント光受信器においては、送信側で第１の偏波光に第１の信号を、第２の偏波光に第２の信号を乗せた偏波多重光信号を偏波分離し、第１の信号および第２の信号を送信側と対応づけて受信できないため、本発明のコヒーレント光受信器は、コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部を有し、コヒーレント光受光部は、第１の送信信号で変調された第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、第２の送信信号で変調された第２の偏波光と第１の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、信号処理部は、第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、第１の制御係数と第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、第２の制御係数を用いて、第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部を有し、
前記コヒーレント光受光部は、第１の送信信号で変調された第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、第２の送信信号で変調された第２の偏波光と前記第１の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、
前記信号処理部は、前記第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、前記第１の制御係数と前記第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、前記第２の制御係数を用いて、前記第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、前記第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力する
コヒーレント光受信器。
【請求項２】
請求項１に記載したコヒーレント光受信器において、
前記信号処理部は、制御係数に基づいて信号処理を行うフィルタ部と、前記制御係数を制御係数決定アルゴリズムにより求める制御係数演算部を有し、
前記制御係数演算部は、前記第１の検波信号の入力に対して出力信号が前記第１の受信信号に収束するように第１の制御係数を決定し、前記第２の検波信号の入力に対して出力信号が前記第２の受信信号に収束するように前記第１の制御係数を変更し、出力信号が前記第２の受信信号に収束するときの制御係数を前記第２の制御係数と決定し、
前記フィルタ部は、前記第２の制御係数に基づいて前記第１の受信信号と前記第２の受信信号を出力するコヒーレント光受信器。
【請求項３】
請求項１または２に記載したコヒーレント光受信器において、
前記信号処理部の動作を制御する受信制御部をさらに有し、
前記受信制御部は、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断したとき、前記信号処理部に対して前記第１の制御係数を決定する処理を開始させ、
前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断したとき、前記信号処理部に対して前記第２の制御係数を決定する処理を開始させるコヒーレント光受信器。
【請求項４】
請求項３に記載したコヒーレント光受信器において、
前記コヒーレント光受光部は、前記受信制御部に接続された光電変換部を備え、
前記受信制御部は、
前記光電変換部が第１の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断し、
前記光電変換部が前記第１の受光信号の略２倍の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断するコヒーレント光受信器。
【請求項５】
送信器と、前記送信器と光ファイバで接続されたコヒーレント光受信器を有し、
前記送信器は、
光源と、
前記光源からの第１の偏光を有する出力光を第１の送信信号で変調して第１の偏波光を出力する第１の変調器と、
前記光源からの第２の偏光を有する出力光を第２の送信信号で変調して第２の偏波光を出力する第２の変調器と、
前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を直交多重して前記光ファイバに送出する直交多重部と、
前記第２の偏波光の強度を制御する送信制御部とを有し、
前記コヒーレント光受信器は、コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部の動作を制御する受信制御部を有し、
前記コヒーレント光受光部は、前記第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、
前記受信制御部は、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断したとき、前記信号処理部に第１の制御係数を決定する処理を開始させ、
前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断したとき、前記信号処理部に第２の制御係数を決定する処理を開始させ、
前記信号処理部は、前記第１の検波信号に基づいて前記第１の制御係数を決定し、前記第１の制御係数と前記第２の検波信号に基づいて前記第２の制御係数を決定し、前記第２の制御係数を用いて、前記第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、前記第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力する
コヒーレント光通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載したコヒーレント光通信システムにおいて、
前記信号処理部は、前記第１の検波信号の入力に対して出力信号が前記第１の受信信号に収束するように第１の制御係数を決定し、前記第２の検波信号の入力に対して出力信号が前記第２の受信信号に収束するように前記第１の制御係数を変更し、出力信号が前記第２の受信信号に収束するときの制御係数を前記第２の制御係数と決定するコヒーレント光通信システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載したコヒーレント光通信システムにおいて、
前記送信制御部と前記受信制御部を接続する回線をさらに有し、
前記受信制御部は、前記第１の制御係数が決定したとき、前記回線を介して前記送信制御部に第１の通知を送出し、
前記送信制御部は、前記第１の通知を取得したとき、前記第２の偏波光の強度を増大させて前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に送出させ、さらに前記回線を介して前記受信制御部に第２の通知を送出し、
前記受信制御部は、前記第２の通知を取得したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断するコヒーレント光通信システム。
【請求項８】
請求項５または６に記載したコヒーレント光通信システムにおいて、
前記コヒーレント光受光部は、前記受信制御部に接続された光電変換部を備え、
前記受信制御部は、
前記光電変換部が第１の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断し、
前記光電変換部が前記第１の受光信号の略２倍の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断するコヒーレント光通信システム。
【請求項９】
第１の偏光を有する出力光を第１の送信信号で変調した第１の偏波光を送出し、前記第１の偏波光を受光しコヒーレント光検波して第１の検波信号を取得し、
第２の偏光を有する出力光を第２の送信信号で変調した第２の偏波光を送出し、前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光しコヒーレント光検波して第２の検波信号を取得し、
前記第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、
前記第１の制御係数と前記第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、
前記第２の制御係数を用いて、前記第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、前記第２の送信信号に対応する第２の受信信号を取得する
コヒーレント光通信方法。
【請求項１０】
請求項９に記載したコヒーレント光通信方法において、
前記第１の制御係数の決定は、前記第１の検波信号の入力に対して出力信号が前記第１の受信信号に収束するように制御係数を設定することにより行い、
前記第２の制御係数の決定は、前記第２の検波信号の入力に対して出力信号が前記第２の受信信号に収束するように前記第１の制御係数を変更することにより行い、出力信号が前記第２の受信信号に収束するときの制御係数を前記第２の制御係数と決定するコヒーレント光通信方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載したコヒーレント光通信方法において、
前記第２の偏波光の送出は、前記第１の制御係数の決定を契機として開始するコヒーレント光通信方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載したコヒーレント光通信方法において、
前記第２の制御係数を決定する処理は、前記第２の偏波光の送出を契機として開始するコヒーレント光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光受信器、それを用いたコヒーレント光通信システム、およびコヒーレント光通信方法に関し、特に、偏波多重光信号をコヒーレント検波とデジタル信号処理により受信するコヒーレント光受信器、それを用いたコヒーレント光通信システム、およびコヒーレント光通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの幅広い普及により、ネットワーク内のデータ容量は年々増加している。大都市間を結ぶ大動脈通信路では、１チャネル当たりの伝送容量が１０Ｇｂ／ｓおよび４０Ｇｂ／ｓの光伝送路がすでに導入されている。１０Ｇｂ／ｓ伝送では変調方式としてオンオフ変調（ＯＯＫ：Ｏｎ−Ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ）が用いられている。一方、４０Ｇｂ／ｓ伝送においては、光パルス幅が２５ｐｓと狭くなり波長分散の影響を大きく受けるため、ＯＯＫ方式は長距離伝送には不適当である。そのため、位相による多値変調方式が用いられており、４０Ｇｂ／ｓ伝送では４相位相変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）が主流となっている。
さらに高速な１００Ｇｂ／ｓ級の超高速光伝送においては、多重数を多くしてボーレートを下げ、光パルス幅を広くして波長分散の影響を小さく抑える必要がある。その一つの方法として偏波多重方式がある。偏波多重方式では、２系統の光信号の電界強度ＥＸ、ＥＹが振動する面を直交させて光ファイバに入射する。電界強度がＥＸである信号光と電界強度がＥＹである信号光は、光ファイバ中で直交関係を保ったままランダムな回転を繰り返して伝搬する。光ファイバの出力端では、回転角θが不明な直交信号光ＥＸ＋ＥＹが得られる。なお本明細書では、電界強度がＥＸである信号光を信号光ＥＸと、電界強度ＥＸとＥＹの振動方向が直交した信号光をＥＸ＋ＥＹと記載する。
偏波分離方式には、光学方式と信号処理方式とが知られている。光学方式においては、偏波制御素子と偏波分離素子を用いて偏波分離を行う。直交信号光ＥＸ＋ＥＹを偏波制御素子が規定する偏波面Ｘ’、Ｙ’へ投射して分離すると、ＥＸ’＝ａＥＸ＋ｂＥＹとＥＹ’＝ｃＥＸ＋ｄＥＹの光信号が得られる。分離後の出力信号をモニタしながら、出力信号が最大、すなわちＥＸ’＝ａＥＸ（ｂ＝０）、ＥＹ’＝ｄＥＹ（ｃ＝０）となるように、偏波制御素子へフィードバックして回転角θを推定する。しかしながら、偏波制御素子は制御周期が１００ＭＨｚ程度であるため、高速な偏波変動に追従することができない。
一方、信号処理方式においては、直交信号光をコヒーレント検波して電気信号に変換してから偏波分離を行う。直交信号光ＥＸ＋ＥＹを局所光が規定する偏波面Ｘ’、Ｙ’へ投射して検波すると、信号光の電界情報が電気信号として得られる。
このような信号処理方式を用いたコヒーレント光受信器の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１のコヒーレント光受信器では、光周波数が互いに異なる直交偏波成分を偏波多重した局部発振光と受信信号光を２×４光ハイブリッド回路で合波する。その後に、２つの差動光検出器で光電変換し、さらにアナログ−デジタル変換器でデジタル信号に変換する。ここで得られたデジタル信号をデジタル演算回路で信号処理することによって受信データを推定することとしている。
【特許文献１】特開２００８−１５３８６３号公報（段落「００１２」、図１）
【非特許文献１】ディー・エヌ・ゴッダード「セルフ  リカバリング  イクォライゼーション  アンド  キャリア  トラッキング  イン  ツーディメンジョナル  データ  コミュニケーション  システムズ」、アイ・イー・イー・イー  トランスアクションズ  オン  コミュニケイションズ（Ｄ．Ｎ．Ｇｏｄａｒｄ，“Ｓｅｌｆ−Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ  Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｉｎ  Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｄａｔａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、米国電気電子学会、１９８０年１１月、ＣＯＭ−２８巻、第１１号、ｐ．１８６７−１８７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
まず、関連するコヒーレント光受信器を用いた信号処理による偏波分離方法について説明する。図１０は、関連するコヒーレント光受信器５００の構成を示すブロック図である。偏波多重信号光ＳＸＹ（ｔ）＝ＥＸ＋ＥＹは９０°ハイブリッド回路５１２で局所光源（ＬＯ）５１１からの局所光ＬＸ’Ｙ’（ｔ）と干渉して信号光ＥＸ’、ＥＹ’となり、フォトディテクタ（ＰＤ）５１３で検波される。フォトディテクタで検波された検波信号は信号光の電界情報を含んでいる。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）５１４は検波信号を量子化し量子化信号ｅｘ’、ｅｙ’としてデジタル信号処理部（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５１５へ出力する。デジタル信号処理部５１５では、バタフライフィルタ５１６によりｅｘ’とｅｙ’の偏波回転角θがキャンセルされ、偏波分離された復調信号ｅｘおよびｅｙが得られる。このときフィルタ係数の決定は、例えばＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）アルゴリズム（非特許文献１参照）を用いたＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）５１７で行う。
関連するコヒーレント光受信器５００においては、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）５１５における処理により得られた量子化された復調信号ｅｘおよびｅｙは、偏波多重信号光ＳＸＹの電界情報ＥＸ、ＥＹを含んでいる。しかしながら、復調信号ｅｘが電界情報ＥＸに、復調信号ｅｙが電界情報ＥＹに必ずしも対応するわけではなく、復調信号ｅｘが電界情報ＥＹに、復調信号ｅｙが電界情報ＥＸに対応する場合もある。その理由は、ＣＭＡアルゴリズムでは量子化信号ｅｘ’およびｅｙ’の電界強度を一定に保つ制御しか行わないので、その結果、収束した復調信号ｅｘおよびｅｙが電界情報ＥＸまたはＥＹのどちらの信号に対応するかまでは制御できないからである。すなわち、電界情報を含む振幅を制御するだけの信号処理によって、多重された２つの偏波光に乗せられた信号を２つの信号に分離することは可能である。しかし、Ｘ偏波光（またはＹ偏波光）に乗せて送信した信号を、受信側でＸ偏波光（またはＹ偏波光）に乗せられた信号と認識して受信することは必ずしも可能ではない。
このように、関連するコヒーレント光受信器においては、送信側で第１の偏波光に第１の信号を、第２の偏波光に第２の信号を乗せた偏波多重光信号を偏波分離し、第１の信号および第２の信号を送信側と対応づけて受信できないという問題があった。
本発明の目的は、上述した課題である、送信側で第１の偏波光に第１の信号を、第２の偏波光に第２の信号を乗せた偏波多重光信号を偏波分離し、第１の信号および第２の信号を送信側と対応づけて受信できない、という課題を解決するコヒーレント光受信器、それを用いたコヒーレント光通信システム、およびコヒーレント光通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のコヒーレント光受信器は、コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部を有し、コヒーレント光受光部は、第１の送信信号で変調された第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、第２の送信信号で変調された第２の偏波光と第１の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、信号処理部は、第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、第１の制御係数と第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、第２の制御係数を用いて、第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力する。
本発明のコヒーレント光通信システムは、送信器と、送信器と光ファイバで接続されたコヒーレント光受信器を有し、送信器は、光源と、光源からの第１の偏光を有する出力光を第１の送信信号で変調して第１の偏波光を出力する第１の変調器と、光源からの第２の偏光を有する出力光を第２の送信信号で変調して第２の偏波光を出力する第２の変調器と、第１の偏波光と第２の偏波光を直交多重して光ファイバに送出する直交多重部と、第２の偏波光の強度を制御する送信制御部とを有し、コヒーレント光受信器は、コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部と、信号処理部の動作を制御する受信制御部を有し、コヒーレント光受光部は、第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、第１の偏波光と第２の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、受信制御部は、コヒーレント光受光部が第１の偏波光を受光したと判断したとき、信号処理部に第１の制御係数を決定する処理を開始させ、コヒーレント光受光部が第１の偏波光と第２の偏波光を同時に受光したと判断したとき、信号処理部に第２の制御係数を決定する処理を開始させ、信号処理部は、第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、第１の制御係数と第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、第２の制御係数を用いて、第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力する。
本発明のコヒーレント光通信方法は、第１の偏光を有する出力光を第１の送信信号で変調した第１の偏波光を送出し、第１の偏波光を受光しコヒーレント光検波して第１の検波信号を取得し、第２の偏光を有する出力光を第２の送信信号で変調した第２の偏波光を送出し、第１の偏波光と第２の偏波光を同時に受光しコヒーレント光検波して第２の検波信号を取得し、第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、第１の制御係数と第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、第２の制御係数を用いて、第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、第２の送信信号に対応する第２の受信信号を取得する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のコヒーレント光受信器、それを用いたコヒーレント光通信システム、およびコヒーレント光通信方法によれば、送信側で第１の偏波光に第１の信号を、第２の偏波光に第２の信号を乗せた偏波多重光信号を偏波分離し、第１の信号および第２の信号を送信側と対応づけて受信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は本発明の第１の実施形態に係るコヒーレント光受信器の構成を示すブロック図である。
図２は本発明の第２の実施形態に係るデジタルコヒーレント光通信システムの構成を示すブロック図である。
図３は本発明の第２の実施形態に係るデジタル信号処理部（ＤＳＰ）の構成を示すブロック図である。
図４は本発明の第２の実施形態に係るデジタル信号処理部（ＤＳＰ）におけるフィルタ係数の初期設定を説明するためのシーケンス図である。
図５は本発明の第３の実施形態に係るデジタルコヒーレント光通信システムの構成を示すブロック図である。
図６は本発明の第３の実施形態に係る送信器と受信器の構成を示すブロック図である。
図７は本発明の第３の実施形態に係るデジタル信号処理部（ＤＳＰ）におけるフィルタ係数の初期設定を説明するためのシーケンス図である。
図８は本発明の第４の実施形態に係るデジタルコヒーレント光通信システムの構成を示すブロック図である。
図９は本発明の第４の実施形態に係るデジタル信号処理部（ＤＳＰ）の構成を示すブロック図である。
図１０は関連するデジタルコヒーレント受信器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコヒーレント光受信器１００の構成を示すブロック図である。コヒーレント光受信器１００は、コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部１１０と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部１２０を有する。
コヒーレント光受光部１１０は、第１の送信信号で変調された第１の偏波光を受光して第１の検波信号を信号処理部１２０に出力し、第２の送信信号で変調された第２の偏波光と第１の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を信号処理部１２０に出力する。信号処理部１２０は、第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、この第１の制御係数と第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定する。そして、この第２の制御係数を用いて、第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力する。
ここで、信号処理部１２０は、制御係数に基づいて信号処理を行うフィルタ部１２１と、制御係数を制御係数決定アルゴリズムにより求める制御係数演算部１２２を備えることができる。このとき、制御係数演算部１２２は、第１の検波信号の入力に対してフィルタ部１２１の出力信号が第１の受信信号に収束するように第１の制御係数を決定する。また、第２の検波信号の入力に対してフィルタ部１２１の出力信号が第２の受信信号に収束するように第１の制御係数を変更し、フィルタ部１２１の出力信号が第２の受信信号に収束するときの制御係数を第２の制御係数と決定する。フィルタ部１２１は、この第２の制御係数に基づいて第１の受信信号と第２の受信信号を出力する。
このように本実施形態のコヒーレント光受信器１００によれば、第１の送信信号で変調された第１の偏波光と、第２の送信信号で変調された第２の偏波光を受光して偏波分離し、第１の送信信号および第２の送信信号を送信側と対応づけて受信することが可能となる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態によるコヒーレント光通信システム２００の構成を示すブロック図である。コヒーレント光通信システム２００は、送信器２１０と受信器２２０を有する。
送信器２１０は、信号光源（ＬＤ）２１１と、第１の変調器として第１の位相変調器（ＰＭＸ）２１２を、第２の変調器として第２の位相変調器（ＰＭＹ）２１３を備える。さらに、直交多重部としての偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１５、および送信制御部を構成する可変減衰器（ＶＯＡ）２１４と制御部２１６を有する。
受信器２２０は、コヒーレント光受光部を構成する局所光源（ＬＯ）２２１と、９０°ハイブリッド回路２２２と、フォトディテクタ（ＰＤ）２２３とを備える。さらに、信号処理部を構成するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２２４とデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５、および受信制御部２２６を備えている。
ここで、制御部２１６は可変減衰器（ＶＯＡ）２１４を、受信制御部２２６はデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５をそれぞれ制御する。送信器２１０と受信器２２０は光ファイバ２３０で接続され通信が行われる。本実施形態によるコヒーレント光通信システム２００は、さらに、制御部２１６と受信制御部２２６間の通信を可能とする回線２４０を備えている。
送信器２１０において、信号光源（ＬＤ）２１１からの出力光は直交する第１の偏光成分ＸからなるＸ偏波光と、第２の偏光成分ＹからなるＹ偏波光に分離され、それぞれ第１の位相変調器（ＰＭＸ）２１２と第２の位相変調器（ＰＭＹ）２１３に入力される。第１の位相変調器（ＰＭＸ）２１２はＸ偏波光を第１の送信信号で変調し、電界強度ＥＸを有する第１の信号光ＥＸを出力する。第２の位相変調器（ＰＭＹ）２１３はＹ偏波光を第２の送信信号で変調し、電界強度ＥＹを有する第２の信号光ＥＹを出力する。第１の信号光ＥＸと第２の信号光ＥＹは偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１５で直交多重され、直交信号光ＳＸＹ（＝ＥＸ＋ＥＹ）が出力される。ここで、可変減衰器（ＶＯＡ）２１４は制御部２１６からの指示により、Ｙ偏波である第２の信号光ＥＹの出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
受信器２２０に入力された直交信号光ＳＸＹ（＝ＥＸ＋ＥＹ）は、９０°ハイブリッド回路２２２で局所光源（ＬＯ）２２１からの局所光ＬＸ’Ｙ’と干渉し、局所光ＬＸ’Ｙ’の任意の偏波面Ｘ’、Ｙ’に投射された信号光ＥＸ’、ＥＹ’となる。信号光ＥＸ’、ＥＹ’はフォトディテクタ（ＰＤ）２２３で検波され、信号光ＥＸ’、ＥＹ’の電界情報が検波信号としてアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２２４に入力される。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２２４はこれらの検波信号を量子化し、量子化信号ｅｘ’およびｅｙ’を出力する。量子化信号ｅｘ’とｅｙ’はデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５で偏波分離処理が施され、復調信号ｅｘとｅｙが得られる。
図３に、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５の構成を示す。デジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５は、バタフライフィルタ２２７、メモリ部２２８、およびＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９を備えている。バタフライフィルタ２２７は入力された量子化信号ｅｘ’とｅｙ’に対して次式（１）で示される行列演算を行い、復調信号ｅｘとｅｙを出力する。
2011083748.tif 000003
行列Ｈは、送信側信号光の偏波面ＸＹと受信側信号光の偏波面Ｘ’Ｙ’との間の偏波軸の回転角をキャンセルするための回転行列である。ここで、送信側の偏波面ＸＹと受信側の偏波面Ｘ’Ｙ’の偏波軸の関係は一意には定まらないので、回転角を推定して行列を求めるのは困難である。この行列Ｈの各要素を求める手法の一つにＣＭＡアルゴリズムがある（例えば非特許文献１参照）。本実施形態では以下に述べるように、ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９がＣＭＡアルゴリズムによって行列Ｈの各要素（フィルタ係数）を求める構成とした。ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９は、ＣＭＡアルゴリズムを用いて求めたフィルタ係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２をバタフライフィルタ２２７に出力し、このとき行列Ｈの各要素がｈｘｘ＝ｈ１１、ｈｘｙ＝ｈ１２、ｈｙｘ＝ｈ２１、ｈｙｙ＝ｈ２２と求まる。
次に、ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９の動作を詳細に説明する。ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９は、メモリ部２２８に格納されているフィルタ係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２を用いて次の時間のフィルタ係数を計算する。つまり、時間ｋにおけるフィルタ係数をｈ１１（ｋ）、ｈ１２（ｋ）、ｈ２１（ｋ）、ｈ２２（ｋ）としたとき、ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９は次式（２）に基づいて時間ｋ＋１におけるフィルタ係数ｈ１１（ｋ＋１）、ｈ１２（ｋ＋１）、ｈ２１（ｋ＋１）、ｈ２２（ｋ＋１）を計算する。ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）２２９は時間ｋ＋１におけるフィルタ係数の計算結果をメモリ部２２８に上書きする。ここで式（２）の計算にＦＩＲフィルタを用いた場合には、式（２）のベクトルｈはＦＩＲフィルタのタップ係数を表すことになる。
2011083748.tif 000004
ただし、εｘ、εｙは誤差関数であり、次式により表される。
2011083748.tif 000005
ここで、μは定数であり、バーは共役複素数を表す。
ＣＭＡアルゴリズムは、誤差関数εｘ、εｙを用いて量子化信号ｅｘ’およびｅｙ’の強度を一定に保つ制御を行う。しかし、電界強度の情報だけからでは、量子化信号の中のデータがＸ偏波光に乗せられた情報か、Ｙ偏波光に乗せられた情報かは区別できない。そのため、ＣＭＡアルゴリズムを用いて求めたフィルタ係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２を用いると、上述したように、Ｘ偏波である第１の信号光の信号成分ＥＸを復調信号ｅｙに、Ｙ偏波である第２の信号光の信号成分ＥＹを復調信号ｅｘに収束させる場合があり得る。
そこで本実施形態では、フィルタ係数の計算に順序性を持たせることにより、復調信号ｅｘとｅｙに収束する信号成分を制御することとした。ここで、この復調信号が送信側と入れ替わる現象は、フィルタ係数の更新毎に発生する現象ではない。そのため、最初に正しいフィルタ係数をバタフライフィルタ２２７に入力し、その後は順次、式（２）に従って更新することにより、送信側と対応した復調信号に収束させるフィルタ係数を決定することができる。以下に、Ｘ偏波の信号成分ＥＸを復調信号ｅｘに、Ｙ偏波の信号成分ＥＹを復調信号ｅｙに収束させるバタフライフィルタ２２７の係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２を決定するトレーニング方法について説明する。
図４は、フィルタ係数の初期設定を説明するためのシーケンス図である。まず、受信器２２０の受信制御部２２６はメモリ部２２８に任意のフィルタ係数ｈ１１＝ｈ１１（０）、ｈ１２＝ｈ１２（０）を設定する（ステップＳ１０１）。本実施形態ではｈ１１（０）＝１、ｈ１２（０）＝０とした。一方、送信器２１０の制御部２１６は可変減衰器（ＶＯＡ）２１４を制御してＹ偏波の出力信号光を非出力（ＯＦＦ）状態とし、Ｘ偏波の出力信号光だけを出力（ＯＮ）状態とする（ステップＳ１０２）。このとき、Ｘ偏波光だけが光ファイバ２３０を通して受信器２２０に送出される（ステップＳ１０３）。
ＣＭＡ演算部２２９は、フィルタ係数の初期設定値ｈ１１（０）、ｈ１２（０）を用いてＣＭＡアルゴリズムの計算を開始する（ステップＳ１０４）。ＣＭＡ演算部２２９は式（２）の上位２式を用いてフィルタ係数のアップデートを順次行う。このとき、受信器１２０に入力された信号光ＳＸＹ（＝ＥＸ）は、局所光ＬＸ’Ｙ’の偏波面Ｘ’、Ｙ’に投射された信号光ＥＸ’とＥＹ’に分割されている。ここで、ＥＸ’＞ＥＹ’のとき、出力ｅｘは主として量子化信号ｅｘ’から成るので、フィルタ係数はｈ１１＞ｈ１２となり収束する。一方、ＥＸ’＜ＥＹ’のとき、出力ｅｘは主として量子化信号ｅｙ’から成るので、フィルタ係数はｈ１１＜ｈ１２となって収束する。このとき、フィルタ係数の収束値としてｈ１１（ｌ）、ｈ１２（ｌ）が得られる。ここで受信制御部２２６は演算を一端中断させ（ステップＳ１０５）、回線２４０を通してその旨を制御部２１６に通知する（ステップＳ１０６）。このときのバタフライフィルタ２２７の出力ｅｘはフィルタ係数の収束値ｈ１１（ｌ）、ｈ１２（ｌ）を用いて次式で表される。
2011083748.tif 000006
受信制御部１２６はメモリ部２２８にフィルタ係数をｈ１１＝ｈ１１（ｌ）、ｈ１２＝ｈ１２（ｌ）、ｈ２１＝−ｈ１２（ｌ）、ｈ２２＝ｈ１１（ｌ）と設定する（ステップＳ１０７）。
次に、送信器２１０の制御部２１６は可変減衰器（ＶＯＡ）２１４を制御してＹ偏波の光信号をＸ偏波の光信号とともに出力させ（ステップＳ１０８）、回線２４０を通してその旨を受信制御部２２６へ通知する（ステップＳ１０９）。
受信制御部２２６がこの通知（ステップＳ１０９）を受け取った後に、ＣＭＡ演算部２２９はＣＭＡアルゴリズムの計算を再開し、式（４）に従ってフィルタ係数のアップデートを行う（ステップＳ１１０）。ここで、量子化信号ｅｘ’は信号光ＥＸおよびＥＹの成分をどちらも含んでいる。例えば、量子化信号ｅｘ’は信号光ＥＸの成分を多く含むとした場合、量子化信号ｅｙ’は信号光ＥＹの成分を多く含むことになる。この状態で式（４）を実行すると、ステップ１０７で設定したフィルタ係数はｈ１１＞ｈ１２であるので、出力ｅｘは量子化信号ｅｘ’が支配的となる。その結果、出力ｅｘには信号光ＥＸの成分がより多く含まれることになる。フィルタ係数のアップデートを繰り返すことによりこの傾向は強くなり、最終的には出力ｅｘは信号光ＥＸに対応する信号に収束し、そのときフィルタ係数としてｈ１１（ｋ）、ｈ１２（ｋ）が得られる。出力ｅｙも同様にして、フィルタ係数はｈ２１＜ｈ２２であるので、出力ｅｙは量子化信号ｅｙ’が支配的になる。その結果、出力ｅｙは信号光ＥＹに対応する信号に収束し、そのときフィルタ係数としてｈ２１（ｋ）、ｈ２２（ｋ）が得られる。
また、量子化信号ｅｘ’は信号光ＥＹの成分を、量子化信号ｅｙ’は信号光ＥＸの成分を多く含むとした場合、ステップ１０７で設定されるフィルタ係数はｈ１１＜ｈ１２となるので、出力ｅｘは信号光ＥＸの成分を多く含む量子化信号ｅｙ’が支配的になる。その結果、出力ｅｘは信号光ＥＸに対応する信号に収束する。出力ｅｙも同様にして、フィルタ係数はｈ２１＜ｈ２２であるので、出力ｅｙは信号光ＥＹの成分を多く含む量子化信号ｅｘ’が支配的になる。その結果、出力ｅｙは信号光ＥＹに対応する信号に収束し、そのときフィルタ係数としてｈ２１（ｋ）、ｈ２２（ｋ）が得られる（ステップＳ１１１）。
以上のステップが終了した後に、受信制御部２２６はＣＭＡ演算が終了した旨を、回線２４０を通して送信器２１０の制御部２１６に通知する（ステップＳ１１２）。
上述したように、まず初めにＸ偏波である信号光のみ送信し、バタフライフィルタ２２７の係数を仮決定する。次に、Ｙ偏波の信号光をＸ偏波の信号光に多重して送信し、バタフライフィルタ２２７の係数を決定する。これにより、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５における信号処理で得られた出力ｅｘがＸ偏波の信号光ＥＸと、出力ｅｙが信号光ＥＹに必ず対応するように偏波分離することが可能となる。すなわち、本実施形態によるコヒーレント光通信システム２００によれば、送信側で第１の偏波光に第１の信号を、第２の偏波光に第２の信号を乗せた偏波多重光信号を偏波分離し、第１の信号および第２の信号を送信側と対応づけて受信することが可能となる。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態によるコヒーレント光通信システム３００の構成を示すブロック図である。図５に示すように、コヒーレント光通信システム３００は端局３００Ａと端局３００Ｂから構成される。端局３００Ａは送信器３１０Ａと受信器３２０Ａを備え、端局３００Ｂは受信器３２０Ｂと送信器３１０Ｂを備えている。送信器３１０Ａと受信器３２０Ｂ、および送信器３１０Ｂと受信器３２０Ａがそれぞれ光ファイバ３３０で接続され、相互に通信が行われる。送信器３１０Ａと受信器３２０Ｂと光ファイバ３３０からなる第１のコヒーレント光通信システム３０１、および、送信器３１０Ｂと受信器３２０Ａと光ファイバ３３０とからなる第２のコヒーレント光通信システム３０２によって、本実施形態によるコヒーレント光通信システム３００が構成される。
図６に、本実施形態による第１のコヒーレント光通信システム３０１の構成を示す。送信器３１０Ａの構成は、制御部３１６が信号光源（ＬＤ）３１１も制御する構成とした点を除き、第２の実施形態の送信器２１０の構成と同じである。また、受信器３２０Ｂの構成は、フォトディテクタ（ＰＤ）３２３がパワーモニタ機能を有し、受信制御部３２６へモニタ結果を通知する構成とした点を除き、第２の実施形態の受信器２２０の構成と同じである。また、第２のコヒーレント光通信システム３０２を構成する送信器３１０Ｂと受信器３２０Ａも同様に構成される。なお、本実施形態では第２の実施形態のコヒーレント光通信システム２００における回線２４０は不要となる。
受信器３２０Ｂが備えるデジタル信号処理部（ＤＳＰ）の構成は、図３に示した第２の実施形態のデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５の構成と同じである。ここで、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５のバタフライフィルタの係数値をｂｈ１１（ｋ）、ｂｈ１２（ｋ）、ｂｈ２１（ｋ）、ｂｈ２２（ｋ）とする。これらのフィルタ係数を用いると、上述したように、送信器３１０Ａから送信されたＸ偏波である第１の信号光の信号成分ＥＸを復調信号ｅｙに、Ｙ偏波である第２の信号光の信号成分ＥＹを復調信号ｅｘに収束させる場合があり得る。
そこで本実施形態では、フィルタ係数の計算に順序性を持たせることにより、復調信号ｅｘとｅｙに収束する信号成分を制御することとした。ここで、この復調信号が送信側と入れ替わる現象は、フィルタ係数の更新毎に発生する現象ではない。そのため、最初に正しいフィルタ係数をバタフライフィルタに入力し、その後は順次、式（２）に従って更新することにより、送信側と対応した復調信号に収束させるフィルタ係数を決定することができる。以下に、Ｘ偏波の信号成分ＥＸを復調信号ｅｘに、Ｙ偏波の信号成分ＥＹを復調信号ｅｙに収束させるバタフライフィルタの係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２を決定するトレーニング方法について説明する。
図７は、フィルタ係数の初期設定を説明するためのシーケンス図である。まず、端局３００Ｂの受信器３２０Ｂが備える受信制御部３２６Ｂは、メモリ部２２８Ｂに任意のフィルタ係数ｈ１１＝ｂｈ１１（０）、ｈ１２＝ｂｈ１２（０）を設定する（ステップＳ２０１）。本実施形態ではｂｈ１１（０）＝１、ｂｈ１２（０）＝０とした。
一方、端局３００Ａの送信器３１０Ａが備える制御部３１６Ａは、信号光源（ＬＤ）３１１ＡをＯＦＦ状態にする。制御部３１６Ａは可変減衰器（ＶＯＡ）２１４Ａを制御してＹ偏波の信号光が出力しないよう設定した後に信号光源（ＬＤ）３１１ＡをＯＮ状態として、Ｘ偏波光が出力（ＯＮ）状態、Ｙ偏波光は非出力（ＯＦＦ）状態とする（ステップＳ２０２）。このとき、Ｘ偏波光だけが光ファイバ３３０を通して受信器３２０Ｂに送出される（ステップＳ２０３）。
端局３００Ｂの受信器３２０Ｂが備える受信制御部３２６Ｂは、フォトディテクタ（ＰＤ）３２３Ｂが光信号を受信し、受光信号を出力していることを確認したとき、ＣＭＡアルゴリズムの計算を開始するようＣＭＡ演算部２２９Ｂに指示する（ステップＳ２０４）。ＣＭＡ演算部２２９Ｂは式（２）の上位２式を用いてフィルタ係数のアップデートを順次行う。このとき収束したフィルタ係数をｂｈ１１（ｌ）、ｂｈ１２（ｌ）とし、ＣＭＡ演算部２２９Ｂは演算を中断する（ステップＳ２０５）。
一方、端局３００Ａの受信器３２０Ａが備える受信制御部３２６Ａはメモリ部２２８Ａに任意のフィルタ係数ｈ１１＝ａｈ１１（０）、ｈ１２＝ａｈ１２（０）を設定する（ステップＳ２０６）。本実施形態ではａｈ１１（０）＝１、ａｈ１２（０）＝０とした。
次に、端局３００Ｂの送信器３１０Ｂが備える制御部３１６Ｂは、可変減衰器（ＶＯＡ）２１４Ｂを制御してＹ偏波の信号光が出力しないよう設定する。その後に信号光源（ＬＤ）３１１ＢをＯＮ状態として、Ｘ偏波光が出力（ＯＮ）状態、Ｙ偏波光は非出力（ＯＦＦ）状態とする（ステップＳ２０７）。このとき、Ｘ偏波光だけが光ファイバ３３０を通して受信器３２０Ａに送出される（ステップＳ２０８）。
端局３００Ａの受信器３２０Ａが備える受信制御部３２６Ａは、フォトディテクタ（ＰＤ）３２３Ａが光信号を受信し、受光信号を出力していることを確認したとき、ＣＭＡアルゴリズムの計算を開始するようＣＭＡ演算部２２９Ａに指示する（ステップＳ２０９）。ＣＭＡ演算部２２９Ａは式（２）の上位２式を用いてフィルタ係数のアップデートを順次行う。このとき収束したフィルタ係数をａｈ１１（ｌ）、ａｈ１２（ｌ）とし、ＣＭＡ演算部２２９Ａは演算を中断する（ステップＳ２１０）。
一方、端局３００Ｂの受信器３２０Ｂが備える受信制御部３２６Ｂは、メモリ部２２８Ｂにフィルタ係数をｈ１１＝ｂｈ１１（ｌ）、ｈ１２＝ｂｈ１２（ｌ）、ｈ２１＝−ｂｈ１２（ｌ）、ｈ２２＝ｂｈ１１（ｌ）と設定する（ステップＳ２１１）。
次に、端局３００Ａの送信器３１０Ａが備える制御部３１６Ａは、可変減衰器（ＶＯＡ）２１４Ａを制御してＹ偏波の光信号をＸ偏波の光信号とともに出力（ＯＮ）状態とする（ステップＳ２１２）。このとき、Ｘ偏波光とＹ偏波光が光ファイバ３３０を通して受信器３２０Ｂに送出される（ステップＳ２１３）。
端局３００Ｂの受信器３２０Ｂが備える受信制御部３２６Ｂはフォトディテクタ（ＰＤ）３２３ＢがステップＳ２０４における受光信号の略２倍の受光信号を出力したとき、ＣＭＡアルゴリズム計算の再開をＣＭＡ演算部２２８Ｂに指示する（ステップＳ２１４）。ＣＭＡ演算部２２８Ｂは式（４）に従ってフィルタ係数のアップデートを行う。その結果、フィルタ係数は収束し、そのときのフィルタ係数としてｂｈ１１（ｋ）、ｂｈ１２（ｋ）、ｂｈ２１（ｋ）、ｂｈ２２（ｋ）が得られる（ステップＳ２１５）。
同様にして、端局３００Ａの受信器３２０Ａが備える受信制御部３２６Ａは、メモリ部２２８Ａにフィルタ係数をｈ１１＝ａｈ１１（ｌ）、ｈ１２＝ａｈ１２（ｌ）、ｈ２１＝−ａｈ１２（ｌ）、ｈ２２＝ａｈ１１（ｌ）と設定する（ステップＳ２１６）。
次に、端局３００Ｂの送信器３１０Ｂが備える制御部３１６Ｂは、可変減衰器（ＶＯＡ）２１４Ｂを制御してＹ偏波の光信号をＸ偏波の光信号とともに出力（ＯＮ）状態とする（ステップＳ２１７）。このとき、Ｘ偏波光とＹ偏波光が光ファイバ３３０を通して受信器３２０Ａに送出される（ステップＳ２１８）。
端局３００Ａの受信器３２０Ａが備える受信制御部３２６Ａはフォトディテクタ（ＰＤ）３２３ＡがステップＳ２０９における受光信号の略２倍の受光信号を出力したとき、ＣＭＡアルゴリズム計算の再開をＣＭＡ演算部２２８Ａに指示する（ステップＳ２１９）。ＣＭＡ演算部２２８Ａは式（４）に従ってフィルタ係数のアップデートを行う。その結果、フィルタ係数は収束し、そのときのフィルタ係数としてａｈ１１（ｋ）、ａｈ１２（ｋ）、ａｈ２１（ｋ）、ａｈ２２（ｋ）が得られる（ステップＳ２２０）。
上述したように、初めに送信器３１０ＡからＸ偏波の光信号のみを送信し、受信器３２０Ｂのデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５Ｂが備えるバタフライフィルタの係数を仮決定する。次に、送信器３１０ＡからＹ偏波の光信号をＸ偏波の光信号に多重して送信し、このときデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５Ｂのバタフライフィルタの係数を決定する。これにより、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）２２５Ｂによる信号処理によって得られた出力信号ｅｘがＸ偏波の信号成分ＥＸと、出力信号ｅｙがＹ偏波の信号成分ＥＹに必ず対応するように偏波分離することが可能となる。同様に、送信器３１０Ｂからの送出された偏波多重された信号光を、受信器３２０Ａにおいて偏波分離して受信することができる。
本実施形態によれば、第１の実施形態のデジタルコヒーレント光通信システム１００における回線１４０は不要となるので、送信側と対応づけた偏波分離が可能なコヒーレント光通信システムの構成を簡素化することができる。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８は、本発明の第４の実施形態によるデジタルコヒーレント光通信システム４００の構成を示すブロック図である。デジタルコヒーレント光通信システム４００は、送信器４１０および受信器４２０を有する。
送信器４１０は、信号光源（ＬＤ）４１１、第１の変調器として第１の位相変調器（ＰＭＸ）４１２を、第２の変調器として第２の位相変調器（ＰＭＹ）４１３を備える。さらに、直交多重部としての偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４１５、および送信制御部を構成する可変減衰器（ＶＯＡ）４１４と制御部４１６を有する。
受信器４２０は、コヒーレント光受光部を構成する局所光源（ＬＯ）４２１と、９０°ハイブリッド回路４２２と、フォトディテクタ（ＰＤ）４２３とを備える。さらに、信号処理部を構成するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４２４とデジタル信号処理部（ＤＳＰ）４２５、および受信制御部４２６を備えている。
ここで、制御部４１６は可変減衰器（ＶＯＡ）４１４を、受信制御部４２６はデジタル信号処理部（ＤＳＰ）４２５をそれぞれ制御する。送信器４１０と受信器４２０は光ファイバ４３０で接続され通信が行われる。さらに、制御部４１６と受信制御部４２６間の通信を可能とする回線４４０を備える。
本実施形態では、送信器４１０が備える第１の位相変調器（ＰＭＸ）４１２がＸ偏波光に対して、また第２の位相変調器（ＰＭＹ）４１３がＹ偏波光に対してそれぞれＱＰＳＫ変調（４位相偏移変調：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）を行うとした点が、第２の実施形態と異なる。受信器４２０に入力された直交多重信号光ＳＸＹ（＝ＥＸ＋ＥＹ）は、９０°ハイブリッド回路４２２で局所光源（ＬＯ）４２１からの局所光ＬＸ’Ｙ’と干渉し、局所光ＬＸ’Ｙ’の任意の偏波面Ｘ’、Ｙ’に投射される。同時に、９０°ハイブリッド回路４２２では、直交多重信号光ＳＸＹと局所光ＬＸ’Ｙ’の位相差を検出し、Ｘ’偏波光の同相出力ＩＸ’、直交位相出力ＱＸ’、およびＹ’偏波光の同相出力ＩＹ’、直交位相出力ＱＹ’をフォトディテクタ４２３へ出力する。各出力光はフォトディテクタ４２３で検波され、検波信号がアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４２４に入力される。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４２４はこれらの検波信号を量子化し、量子化信号ｉｘ’、ｑｘ’、ｉｙ’、ｑｙ’を出力する。量子化信号ｉｘ’、ｑｘ’、ｉｙ’、ｑｙ’はデジタル信号処理部（ＤＳＰ）４２５で偏波分離処理が施され、復調信号ｉｘ、ｑｘ、ｉｙ、ｑｙが得られる。
図９に、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）４２５の構成を示す。デジタル信号処理部（ＤＳＰ）４２５は、バタフライフィルタ４２７、メモリ部４２８、ＣＭＡ演算部４２９に加えて、ＣＰＥ（キャリア位相推定：Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）部４５０を備えている。
デジタル信号処理部（ＤＳＰ）４２５へ入力された量子化信号ｉｘ’、ｑｘ’、ｉｙ’、ｑｙ’は、Ｘ’偏波およびＹ’偏波ごとに加算され、ｅｘ’＝ｉｘ’＋ｑｘ’、ｅｙ’＝ｉｙ’＋ｑｙ’としてバタフライフィルタ４２７に入力される。バタフライフィルタ４２７は入力された信号ｅｘ’、ｅｙ’に対して式（１）で示される行列演算を行い、復調信号ｅｘとｅｙを出力する。
この行列Ｈの各要素を求める手法の一つにＣＭＡアルゴリズムがある（例えば非特許文献１参照）。本実施形態では以下に述べるように、ＣＭＡ演算部４２９がＣＭＡアルゴリズムによって行列Ｈの各要素（フィルタ係数）を求める構成とした。ＣＭＡアルゴリズムは、式（３）に示した誤差関数εｘ、εｙを用いて量子化信号ｅｘ’およびｅｙ’の強度を一定に保つ制御を行う。しかし、電界強度の情報だけからでは、量子化信号の中のデータがＸ偏波光に乗せられた情報か、Ｙ偏波光に乗せられた情報かは区別できない。そのため、ＣＭＡアルゴリズムを用いて求めたフィルタ係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２を用いると、上述したように、Ｘ偏波である第１の信号光の信号成分ＥＸを復調信号ｅｙに、Ｙ偏波である第２の信号光の信号成分ＥＹを復調信号ｅｘに収束させる場合があり得る。
そこで本実施形態では、フィルタ係数の計算に順序性を持たせることにより、復調信号ｅｘとｅｙに収束する信号成分を制御することとした。ここで、この復調信号が送信側と入れ替わる現象は、フィルタ係数の更新毎に発生する現象ではない。そのため、最初に正しいフィルタ係数をバタフライフィルタ４２７に入力し、その後は順次、式（２）に従って更新することにより、送信側と対応した復調信号に収束させるフィルタ係数を決定することができる。本実施形態においては、第１の実施形態で用いたトレーニング方法によって、Ｘ偏波の信号成分ＥＸを復調信号ｅｘに、Ｙ偏波の信号成分ＥＹを復調信号ｅｙに収束させるバタフライフィルタ４２７の係数ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２を決定した。
ＣＰＥ部４５０は、ＣＭＡ演算処理によって得られた復調信号ｅｘとｅｙから位相情報を抽出し、Ｘ偏波の復調信号ｅｘからＩチャネルとＱチャネルの復調信号ｉｘ、ｑｘを、Ｙ偏波の復調信号ｅｙからｉｙ、ｑｙをそれぞれ分離して出力する。
本実施形態では、偏波多重される２系統の信号の変調方式として、ＱＰＳＫ変調方式を用いることとした。しかし、これに限らず、８ＰＳＫ（８位相偏移変調：８−Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式、１６ＱＡＭ（直交振幅変調：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式など、他の多値変調方式であっても用いることができる。
上述したように本実施形態によれば、送信側で第１の偏波光を第１の信号で、第２の偏波光を第２の信号でそれぞれ多値変調した場合においても、偏波多重光信号を偏波分離し、第１の信号および第２の信号を送信側と対応づけて受信することが可能となる。
第１から第３の実施形態においては、フィルタ係数の決定にＣＭＡアルゴリズムを用いることとした。しかし、これに限らず、ＬＭＳ（最小平均二乗：Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなど、バタフライフィルタのフィルタ係数決定アルゴリズムであれば、他のアルゴリズムであっても使用することができる。
また、上記実施形態では、一方の偏波光の出力を制御するために可変減衰器（ＶＯＡ）を用いることとしたが、これに限らず、変調器のバイアスを調整することにより出力を制御することとしてもよい。
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
この出願は、２０１０年１月８日に出願された日本出願特願２０１０−００２５０１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部を有し、前記コヒーレント光受光部は、第１の送信信号で変調された第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、第２の送信信号で変調された第２の偏波光と前記第１の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、前記信号処理部は、前記第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、前記第１の制御係数と前記第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、前記第２の制御係数を用いて、前記第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、前記第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力するコヒーレント光受信器。
（付記２）付記１に記載したコヒーレント光受信器において、前記信号処理部は、制御係数に基づいて信号処理を行うフィルタ部と、前記制御係数を制御係数決定アルゴリズムにより求める制御係数演算部を有し、前記制御係数演算部は、前記第１の検波信号の入力に対して出力信号が前記第１の受信信号に収束するように第１の制御係数を決定し、前記第２の検波信号の入力に対して出力信号が前記第２の受信信号に収束するように前記第１の制御係数を変更し、出力信号が前記第２の受信信号に収束するときの制御係数を前記第２の制御係数と決定し、前記フィルタ部は、前記第２の制御係数に基づいて前記第１の受信信号と前記第２の受信信号を出力するコヒーレント光受信器。
（付記３）付記１または２に記載したコヒーレント光受信器において、前記信号処理部の動作を制御する受信制御部をさらに有し、前記受信制御部は、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断したとき、前記信号処理部に対して前記第１の制御係数を決定する処理を開始させ、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断したとき、前記信号処理部に対して前記第２の制御係数を決定する処理を開始させるコヒーレント光受信器。
（付記４）付記３に記載したコヒーレント光受信器において、前記コヒーレント光受光部は、前記受信制御部に接続された光電変換部を備え、前記受信制御部は、前記光電変換部が第１の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断し、前記光電変換部が前記第１の受光信号の略２倍の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断するコヒーレント光受信器。
（付記５）送信器と、前記送信器と光ファイバで接続されたコヒーレント光受信器を有し、前記送信器は、光源と、前記光源からの第１の偏光を有する出力光を第１の送信信号で変調して第１の偏波光を出力する第１の変調器と、前記光源からの第２の偏光を有する出力光を第２の送信信号で変調して第２の偏波光を出力する第２の変調器と、前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を直交多重して前記光ファイバに送出する直交多重部と、前記第２の偏波光の強度を制御する送信制御部とを有し、前記コヒーレント光受信器は、コヒーレント光検波を行うコヒーレント光受光部と、制御係数で定まる信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部の動作を制御する受信制御部を有し、前記コヒーレント光受光部は、前記第１の偏波光を受光して第１の検波信号を出力し、前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光して第２の検波信号を出力し、前記受信制御部は、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断したとき、前記信号処理部に第１の制御係数を決定する処理を開始させ、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断したとき、前記信号処理部に第２の制御係数を決定する処理を開始させ、前記信号処理部は、前記第１の検波信号に基づいて前記第１の制御係数を決定し、前記第１の制御係数と前記第２の検波信号に基づいて前記第２の制御係数を決定し、前記第２の制御係数を用いて、前記第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、前記第２の送信信号に対応する第２の受信信号を出力するコヒーレント光通信システム。
（付記６）付記５に記載したコヒーレント光通信システムにおいて、前記信号処理部は、前記第１の検波信号の入力に対して出力信号が前記第１の受信信号に収束するように第１の制御係数を決定し、前記第２の検波信号の入力に対して出力信号が前記第２の受信信号に収束するように前記第１の制御係数を変更し、出力信号が前記第２の受信信号に収束するときの制御係数を前記第２の制御係数と決定するコヒーレント光通信システム。
（付記７）付記５または６に記載したコヒーレント光通信システムにおいて、前記送信制御部と前記受信制御部を接続する回線をさらに有し、前記受信制御部は、前記第１の制御係数が決定したとき、前記回線を介して前記送信制御部に第１の通知を送出し、前記送信制御部は、前記第１の通知を取得したとき、前記第２の偏波光の強度を増大させて前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に送出させ、さらに前記回線を介して前記受信制御部に第２の通知を送出し、前記受信制御部は、前記第２の通知を取得したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断するコヒーレント光通信システム。
（付記８）付記５または６に記載したコヒーレント光通信システムにおいて、前記コヒーレント光受光部は、前記受信制御部に接続された光電変換部を備え、前記受信制御部は、前記光電変換部が第１の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光を受光したと判断し、前記光電変換部が前記第１の受光信号の略２倍の受光信号を出力したとき、前記コヒーレント光受光部が前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光したと判断するコヒーレント光通信システム。
（付記９）第１の偏光を有する出力光を第１の送信信号で変調した第１の偏波光を送出し、前記第１の偏波光を受光しコヒーレント光検波して第１の検波信号を取得し、第２の偏光を有する出力光を第２の送信信号で変調した第２の偏波光を送出し、前記第１の偏波光と前記第２の偏波光を同時に受光しコヒーレント光検波して第２の検波信号を取得し、前記第１の検波信号に基づいて第１の制御係数を決定し、前記第１の制御係数と前記第２の検波信号に基づいて第２の制御係数を決定し、前記第２の制御係数を用いて、前記第１の送信信号に対応する第１の受信信号と、前記第２の送信信号に対応する第２の受信信号を取得するコヒーレント光通信方法。
（付記１０）付記９に記載したコヒーレント光通信方法において、前記第１の制御係数の決定は、前記第１の検波信号の入力に対して出力信号が前記第１の受信信号に収束するように制御係数を設定することにより行い、前記第２の制御係数の決定は、前記第２の検波信号の入力に対して出力信号が前記第２の受信信号に収束するように前記第１の制御係数を変更することにより行い、出力信号が前記第２の受信信号に収束するときの制御係数を前記第２の制御係数と決定するコヒーレント光通信方法。
（付記１１）付記９または１０に記載したコヒーレント光通信方法において、前記第２の偏波光の送出は、前記第１の制御係数の決定を契機として開始するコヒーレント光通信方法。
（付記１２）付記９から１１のいずれか一項に記載したコヒーレント光通信方法において、前記第２の制御係数を決定する処理は、前記第２の偏波光の送出を契機として開始するコヒーレント光通信方法。
【符号の説明】
【０００８】
１００  コヒーレント光受信器
１１０  コヒーレント光受光部
１２０  信号処理部
１２１  フィルタ部
１２２  制御係数演算部
２００、３００、４００  コヒーレント光通信システム
２１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、４１０  送信器
２１１、３１１、４１１  信号光源（ＬＤ）
２１２、４１２  第１の位相変調器（ＰＭＸ）
２１３、４１３  第２の位相変調器（ＰＭＹ）
２１４、４１４  可変減衰器（ＶＯＡ）
２１５、４１５  偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２１６、３１６、４１６  制御部
２２０、３２０Ａ、３２０Ｂ、４２０  受信器
２２１、４２１、５１１  局所光源（ＬＯ）
２２２、４２２、５１２  ９０°ハイブリッド回路
２２３、３２３、４２３、５１３  フォトディテクタ（ＰＤ）
２２４、４２４、５１４  アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
２２５、４２５、５１５  デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
２２６、３２６、４２６  受信制御部
２２７、４２７、５１６  バタフライフィルタ
２２８、４２８  メモリ部
２２９、４２９、５１７  ＣＭＡ演算部（ＣＭＡ）
２３０、３３０、４３０  光ファイバ
２４０、４４０  回線
３００Ａ、３００Ｂ  端局
３０１  第１のコヒーレント光通信システム
３０２  第２のコヒーレント光通信システム
４５０  ＣＰＥ部
５００  関連するコヒーレント光受信器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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